[发明专利]时钟同步装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线技术领域，具体涉及时钟同步装置及方法。

背景技术

高速铁路是当今世界铁路发展的潮流。高速列车与地面之间的通信成为国内外宽带无线通信研究的热点问题。随着高速铁路的发展，铁路信息化要求车地之间的通信数据越来越多。一方面，列车运行、列车安全监控、维护等实时信息需要传送到地面上，满足铁路路网对移动体（机车、车辆等）实时动态跟踪和信息传输的需要；另一方面，以旅客为主体的移动信息，需要在车地之间实时传送。然而，铁路现有的通信系统只能解决中低速条件下列车和地面之间的列控窄带通信需求，因此，构建新一代高速铁路宽带无线接入系统势在必行。

信道特性是无线通信系统设计的基础。研究高铁无线信道的统计特性，首先是对高铁信道典型场景的测量。由于高速铁路行驶里程较长，一般会经历城市、平原、高架桥、山区、隧道、U型槽等多种类型线路，且信道由于大Doppler频偏和快变Doppler造成信道快衰落，单一形态场景信道模型难以准确刻画完整的高铁无线信道模型，如要完成多场景不同速度下信道测量和建模，则需开展足够多的测试，以积累丰富的测试数据。然而，高铁信道测量工作外场测试难度非常大。因此，高铁信道测量需要一种高效精确的测量方法。

时钟同步是信道测量的关键步骤，时钟同步方法决定了信道测量的效率和精度。信道测量的基本原理是发射机发送探测信号，经历信道后在接收端完成采样存储，采样信号完成后处理，可以获得信道的时变冲激响应或相应系统函数。其中，收发端的载波频率和采样频率分别由时钟参考通过锁相环倍频得到。如果收发端时钟不同步，则导致载波频差和采样频差，从而影响多普勒参数和多径参数的提取。

目前，商用的信道测量仪如芬兰Electrobit公司的Propsound和MEDAV公司的RUSK采用收发端铷钟本地同步，频率准确度可以达到E^-11数量级。图1给出了商用信道测量仪时钟同步的示意图，如图1所示，这种同步方式须将收发两端放置在一起，连接电缆进行同步，同步时间大概为2小时，之后在蓄电池供电条件下，将两者分开进行信道测量，同步的保持时间大约为4~5小时。

另一种同步方式是高效信道探测仪时钟同步法，如图2所示，收发端均采用一个高稳定度本振作为时钟参考。此时，虽然收发端存在一定的较小频差，但该频差在测量的一段时间内不会变化。可以在接收端使用相关信号处理的方法，消除这些残余的频差和相差。美国Brigham Young大学研发的宽带信道探测仪即采用这种同步架构。

现有商用信道测量仪时钟同步方法通过直连同步后，将收发端分开进行信道测量，其测量时间只能保证4~5小时。该方法一般用于近距离的固定场景测量，而对于远距离的多场景高铁信道测量，该方法的测量效率极其低下。高效信道测量仪时钟同步方法可以采用相关信号处理方法消除收发端本振的频率偏差和相位偏差，但是在存在Doppler频偏的情况下，会极大地影响相关算法的性能，无法消除收发端本振的频差和相差，会导致Doppler频偏参数提取的误差，从而导致信道测量精度下降。所以，现有时钟同步方法无法满足高铁信道测量的效率和精度。

发明内容

本发明提供一种时钟同步装置及方法，以提高时钟同步精度。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种时钟同步装置，该装置包括：

隔直器：接收来自全球定位系统GPS无源天线的GPS信号，将GPS信号输出到放大器，同时，当接收到放大器反馈的电流时，隔断该电流；

放大器：对来自隔直器的GPS信号进行放大后输出到GPS接收模块；

GPS接收模块：根据放大器输出的GPS信号得到标准的GPS秒脉冲信号，将GPS秒脉冲信号输出到时差测量模块；

本地时钟参考模块：产生本地时钟参考信号，将本地时钟参考信号输出到分频模块；根据模数转换模块发来的模拟电压，修正本地时钟参考信号；

分频模块：将本地时钟参考模块输出的本地时钟参考信号分频为秒脉冲信号，将该秒脉冲信号输出到时差测量模块；

时差测量模块：测量本地时钟参考模块输出的秒脉冲信号与GPS接收模块输出的GPS秒脉冲信号之间的时差，将该时差发送给数据处理模块；

数据处理模块：根据时差测量模块发来的时差，得到本地时钟秒脉冲信号相对于GPS秒脉冲信号的频率偏差，将频率偏差发送给模数转换模块；

模数转换模块：将数据处理模块发来的频率偏差转换为模拟电压，将该模拟电压发送给本地时钟参考模块。